(57)【要約】  熱硬化処理後の鋼材製品である被加工品の被処理面にショットピーニング（以下「ＳＰ」と略す。）処理を行う方法において、前記鋼材製品の処理面の耐久性（特に耐ヒートサイクル性）を格段に向上させることができるＳＰ処理法を提供する。  熱硬化処理後の鋼材製品である被加工品にＳＰ処理を行う方法において、熱硬化処理により生じた化合物層（白層）を除去する第一ＳＰ処理と、該第一ＳＰ処理後の第一ＳＰ処理面に圧縮残留応力を付与する第二ＳＰ処理とを含み、第一ＳＰ処理後の処理面の化合物層除去有無について非破壊検査による合否判定を経て、合格品のみ前記第二ＳＰ処理を行う。
2011040243.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱硬化処理後の鋼材製品である被加工品にショットピーニング（以下「ＳＰ」と略す。）処理を行う方法であって、
前記熱硬化処理により生じた化合物層を除去する第一ＳＰ処理と、
該第一ＳＰ処理後の第一ＳＰ処理面に圧縮残留応力を付与する第二ＳＰ処理と、を含み、
前記第一ＳＰ処理面の化合物層除去の有無について非破壊検査による合否判定を経て、合格品のみ前記第二ＳＰ処理を行う、
ことを特徴とする鋼材製品のショットピーニング処理法。
【請求項２】
さらに、前記合否判定後の不合格品を第一ＳＰ処理に戻すことを特徴とする請求項１記載の鋼材製品のショットピーニング処理法。
【請求項３】
前記合否判定に使用する非破壊検査を、渦電流センサを用いて行なうことを特徴とする請求項１記載の鋼材製品のショットピーニング処理法。
【請求項４】
前記合否判定を、被加工品における未処理品又は処理済み品の非処理部位の、複数点における交流電流の位相差（時間）および振幅差（電圧）の双方を測定して、渦電流センサからの測定信号を、計算回路を介して接続された表示回路に入力し、確率変数Ｘがμ−ｎσ＜Ｘ＜μ＋ｎσ（但し、μ：平均値、σ：標準偏差、ｎ:2.5〜〜3.5）の前記位相差および振幅差の範囲を、二次元座標に判定円として表示し、
該判定円の外側に、処理済み部位の対応する複数点における前記位相差・振幅差の測定点座標の全てがプロッティングされる場合を合格品として判定することを特徴とする請求項３記載の鋼材製品のショットピーニング処理法。
【請求項５】
確率変数Ｘがμ−３σ＜Ｘ＜μ＋３σの前記位相差および振幅差の範囲を前記判定円としたことを特徴とする請求項４記載の鋼材製品のショットピーニング処理法。
【請求項６】
前記熱硬化処理後の鋼材製品が、Ａｌ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｔｉ及びＶのいずれか１種以上を含有する鋼材製品の窒化処理品であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の鋼材製品のショットピーニング処理法。
【請求項７】
前記鋼材製品が、軽合金ダイカスト用の金型であることを特徴とする請求項６記載の鋼材製品のショットピーニング処理法。
【請求項８】
熱硬化処理後の鋼材製品である被加工品にショットピーニング（以下「ＳＰ」と略す。）処理を行う方法に使用するショットピーニングシステムであって、
前記熱硬化処理により生じた化合物層を除去する第一ＳＰ処理に使用する第一ＳＰ装置と、
前記第一ＳＰ処理後の第一ＳＰ処理面に圧縮残留応力を付与する第二ＳＰ処理に使用する第二ＳＰ装置と、
前記第一ＳＰ処理面の化合物層除去の有無について合否判定をする判定装置と、を含み、
前記判定装置における判定が合格の場合、被加工品を第二ＳＰ装置に搬送する搬送装置と、判定が不合格の場合、被加工品を第一ＳＰ装置に搬送する不合格品搬送装置と、が付設されている、
ことを特徴とする鋼材製品のショットピーニング処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱硬化処理後の鋼材製品である被加工品に、圧縮残留応力を付与するショットピーニング（以下「ＳＰ」と略す。）処理を行う鋼材製品のショットピーニング処理法に関する。【０００２】
ここでは、熱硬化処理として窒化（チッ化）処理後の金型（鋼材製品）を例に採り説明する。金型、特に、軽合金（ＡｌやＭｇ）のダイカスト用の金型は、成型の度に加熱と冷却が繰り返されることにより、小さなクラック（ヒートチェック）が生じる。よって、前記金型の附形面には耐ヒートチェック性（耐熱応力疲労亀裂性）および高精度が要求される。【０００３】
しかし、本発明は、他の鍛造用金型（冷間・熱間）や、さらには、勿論、高度耐久性が要求される歯車やバネ等の鋼材製品に対しても適用できる。【０００４】
なお、本明細書で「ビッカース硬さ（ＨＶ）」は、「JIS Z 2244」に基づくものである。【０００５】
また、技術用語「ショットピーニング」には、本来の「ピーニング」を目的としなくても、「ショットピーニング」と同様に、ショットに代表される投射材（グリット、カットワイヤを含む。）を被加工物に投射して「研削／研磨」を目的とする噴射加工法（冷間加工法）も含む。
【背景技術】
【０００６】
上記の如く、従来、金型（鋼材製品）の熱応力疲労亀裂（熱クラック）を可及的に防止するため、圧縮残留応力を付与するＳＰ処理を行うことは、公知である（例えば、特許文献１・２参照）。【０００７】
特許文献１には、熱処理後の金型（鋼材製品）に対して、所定硬度・粒子径、の球状投射材（ショット）により、適宜、その硬度・粒子径を変えて、複数回のピーニング処理を行うことが、記載されている（請求項３等）。【０００８】
特許文献２には、特許文献１のピーニング処理において、高硬度かつ低ヤング率のアモルファス投射材（ショット）を用いることが記載されている（請求項３等）。【０００９】
しかし、特許文献１・２とも、鍛造乃至プレス用金型を対象としており（特許文献１の段落０００１、特許文献２の段落０００２）、本発明の最適対象製品であるダイカスト用金型を予定するものではない。さらに、特許文献１・２には、積極的に熱処理（熱硬化処理）により発生する化合物層（高炭化物層）を除去後に、圧縮残留応力を付与するＳＰ処理を行うことは、何ら開示若しくは示唆されていない。【００１０】
他方、金型の附形面へのＳＰ処理に関する技術ではないが、ＳＰ処理に先立ち、窒化処理後の鋼材製品であるコイルばねや歯車において、表面異常層（白層、化合物層）を除去する技術が特許文献３〜５等に記載されている。表面異常層の除去は、圧縮残留応力を付与するＳＰ処理効果を増大させるためである。【００１１】
特許文献３には、窒化処理後のコイリング成形品の白層を電解処理で除去後、ＳＰ処理を施すコイルばねの製造方法が記載されている（請求項１等参照）。本特許文献に記載された化合物層（白層）の除去技術は、本発明と異なり、ショットによる除去ではない。【００１２】
特許文献４には、窒化処理を含む熱硬化処理後の歯車の歯底および歯元に先角形状の高硬度粒材を投射（ショット）して除去した後、ショットピーニングする技術が記載されている（請求項１等）。本特許文献には、窒化処理層の除去態様による耐久性向上に関する情報は記載されていない。【００１３】
特許文献５には、窒化処理後の鋼製歯車（鋼材製品）の歯車の歯面に、ビッカース硬さが１００以上の硬いショット粒子を用いることにより、化合物層を除去して、歯車の歯面に窒素の拡散層を露出させる技術が記載されている(特許請求の範囲等)。本特許文献に記載されたものは、本発明の如く、化合物層除去のためのショットピーニングと、圧縮残留応力付与のショットピーニングとを明瞭に区別した二段処理を行うものとは異なる。【００１４】
さらに、非特許文献１の第103〜104頁の「4.2.3表面処理金型に求められる特性」の項に、ダイカスト用金型の窒化処理に関して、下記記載がある。【００１５】
「窒化物層が明確に形成している処理の場合には、処理段階で表面は窒化処理層における圧縮応力の影響から座屈して残留応力が低下し、その後最大応力となる分布形態をとる。また、ガス窒化物の形成が少ない場合は、最表面から圧縮残留応力最大値を取り、徐々に低下する分布形態を示す。この状態が傾斜機能を持った表面処理の形態であり、熱サイクルが負荷されるダイカスト金型には窒化物の分解による残留応力の変化が少なく、加熱―冷却の熱サイクル時でも表面層の応力勾配が緩やかに変化して良好な結果を示すことになる。なお、厚い窒化物が形成した処理では、熱サイクル過程で表面の窒化物の分解に伴い、引張応力に変化することが認められている。よって、窒化部の厚くした窒化処理金型は操業過程でのクラックの発生時期が早く、金型表面に欠陥として認められることとなる。しかし、分解過程では明確にクラック拡大や進展はなく、開口幅もサイクル数が増加しても明確に変化しない。」
上述した如く、少なくとも金型において、積極的にショット処理による化合物層の除去に関連する、先行技術文献は見当たらない。【００１６】
さらに、金型は勿論、歯車やコイルを含む鋼材製品においても、ショット処理で十分に化合物層が除去されたかどうか、その判定・確認手段が確立されておらず、化合物層が十分に除去されているかどうかを確かめる情報も実用レベルでは使用されていなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】特開平１０−２１７１２２号公報
【特許文献２】特開２００３−１９１１６６号公報
【特許文献３】特開平５−１５６３５１号公報
【特許文献４】特開２００２−１６６３６６号公報
【特許文献５】特開２００６−１３１９２２号公報
【非特許文献】
【００１８】
【非特許文献１】日原政彦著「ダイカスト用金型の寿命対策」日刊工業新聞社、2003年、ｐ103〜104
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明のショットピーニング処理法を説明するためのフローチャートである。
【図２】本発明で使用するショットピーニング装置の一例である空気式加速装置における（Ａ）は吸込式（重力式）、（Ｂ）は直圧式をそれぞれ示すモデル図である。
【図３】渦電流センサの渦電流の発生原理図及び正常状態と異常状態における渦電流形態を示すモデル図である。
【図４】同じく検出時における正常状態と異常状態の検出波形のモデル図である。
【図５】渦電流検査装置による化合物層除去の有無判別の、3σ判定円および2.5σ判定円を示したディスプレイモデル図である。
【図６】本発明のショットピーニング処理システムの一例を示す平面モデル図である。
【図７】同じく正面モデル図である。
【図８】耐ヒートチェック性の試験方法を示すモデル図である。
【図９】上記試験方法に使用したヒートサイクルのモデル図である。
【図１０】耐ヒートチェック性試験結果を示す断面写真である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
そして、昨今、ダイカスト用金型等において、更なる耐熱応力疲労亀裂性（耐ヒートチェック性）の向上が要望されてきている。【００２１】
本発明は、上記にかんがみて、熱硬化処理後の鋼材製品である被加工品の被処理面にショットピーニング（以下「ＳＰ」と略す。）処理を行う方法において、前記鋼材製品の処理面の耐久性（特に耐ヒートサイクル性）を格段に向上させることができるＳＰ処理法を提供することを目的（課題）とする。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
そこで、本発明者らは、ダイカスト用金型等において、圧縮残留応力を付与するショットピーニングに先立ち、窒化処理後の窒化物層（化合物層）を、高硬度のショットないし鋭角状の投射材（グリット）を用いたショットピーニングにより除去することを、試みた。【００２３】
そして、本発明者らは、金型の熱応力疲労亀裂（熱クラック）に関してショットピーニングが及ぼす現象を鋭意研究する過程で、第1回目のショット処理において化合物層が十分に除去されていること（化合物層の痕跡が実質的に観測されないこと）が重要であることを知見して、本発明に係る下記構成の鋼材製品のショットピーニング処理法に想到したものである。【００２４】
熱硬化処理後の鋼材製品である被加工品にショットピーニング（以下「ＳＰ」と略す。）処理を行う方法であって、
熱硬化処理により生じた化合物層を除去する第一ＳＰ処理と、
該第一ＳＰ処理後の第一ＳＰ処理面に圧縮残留応力を付与する第二ＳＰ処理と、を含み、
第一ＳＰ処理面の化合物層除去の有無について非破壊検査による合否判定を経て、合格品のみ前記第二ＳＰ処理を行う、ことを特徴とする。【００２５】
本発明の鋼材製品のショットピーニング方法は、第一ＳＰ処理により化合物層が十分に除去されたか否かの合否判定を経ることにより、後述の実施例で示す如く、従来に比べて著しく金型がヒートチェック（熱応力疲労）に起因する亀裂（熱クラック）が発生することを防止することができる。例えば、後述の実施例に示す如く、第一ＳＰ処理をしたとしても、それが不十分であると、第一ＳＰ処理をしない場合に比して、亀裂（クラック）数が約１／４に留まるのに対し、第一ＳＰ処理により完全除去すると、亀裂数が約１／３０になる（図１０参照）。【００２６】
結果的に、ヒートサイクルによるヒートチェック（熱応力疲労亀裂）が発生する問題を出来る限り安定的に解決することができる。【００２７】
合否判定後の不合格品は、集めておいて、まとめて、第一ＳＰ処理を行ってもよいが、不合格品は、連続的に第一ＳＰ処理に戻すこともできる。【００２８】
上記合否判定を、渦電流センサによる非破壊検査法で行なうことが望ましい。被加工品全点の判定が可能になるという利点がある。すなわち、化合物層残存の有無の検査には破壊検査と非破壊検査があるが、破壊検査は実用化に不向きである。なぜなら、実用レベルでは全点の検査が必要なところ、破壊を用いた計測方法では全点の検査はできないからである。例えば、硬さを測定すると測定の際に圧痕がついてしまう。【００２９】
更に、渦電流センサによる非破壊で検査を行なうことにより、工数が低減でき、装置が簡易になるという利点がある。例えば、非破壊検査として組織観察も考えられるが、金型の様に大きな製品では組織観察に工数がかかるという問題がある。また、X線検査では装置が非常に大掛かりとなるという問題がある。【００３０】
なお、非破壊で圧縮残留応力を計測することは公知であるが、圧縮残留応力は化合物層の残存率とは相関関係がないことを本発明者らは確認している。【００３１】
また、鋼材製品は、窒化処理されたものに限定されることなく、浸炭、焼入れ等の熱硬化処理された鋼材製品にも適用可能である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明を実施するための形態について説明する。
【００３３】
ここでは、熱硬化処理後の鋼材製品である被加工品として、窒化処理後の軽合金ダイカスト用の金型（例えば、ＳＫＤ製）を例に採り説明する。
【００３４】
本発明において、「窒化処理」とは、Ａｌ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｔｉ及びＶのいずれか１種以上を含有する合金鋼を、ＮＨ3ガス中で約500℃付近の低温で加熱することにより、その表面に極めて硬い窒化層が得られる熱処理のことをいう。
【００３５】
現在窒化法にはガス法・塩浴法・プラズマ(イオン)法がある。
【００３６】
各窒化処理法は処理物の加熱方法と窒化に必要な活性窒素の供給法により大きく異なっている。
【００３７】
窒化は浸炭焼入れおよび高周波焼入れとは異なり、ＮＨ3ガス中で約500℃に加熱して鋼の表面に窒素を浸透させて窒化鉄の硬化層を生成させることが特徴であり、その後焼入れなどの操作を必要としない。
【００３８】
従って、窒化の処理温度は他の表面硬化法とは異なり、500〜600℃の低温であって、α−Ｆｅ域の処理であるため窒化処理を施しても窒化による直接的な寸法変形の少ないこと、また窒化層の最表面層には安定な圧縮応力が存在するため耐摩耗性と耐疲労性を有し、約600℃近くまで温度が上昇しても軟化が起こらず、熱に対しても比較的安定であり、耐食性も比較的良好であるので工業的に広く応用されている。
【００３９】
ガス窒化法は活性窒素の拡散により、鋼表面に高硬度の拡散層を得ることであるが、その窒化機構は、
【００４０】
【化１】
2011040243.tif 000003
【００４１】
の反応でＮＨ3ガスの分解によって生じた発生気体中のＮを鋼材中に拡散させて窒化層を得る。
【００４２】
鋼は分子状の窒素(Ｎ2)でも極めて微量に吸収するが、その量は0.0005%前後に過ぎない。したがって分子状の窒素では事実上全く窒化しないと考えてよい。ＮＨ3は窒化の処理温度で容易に分解し、これによって生じたＮが鋼に拡散して窒化物を作る。純鉄・炭素鋼またはＮｉ・Ｃｏなどの金属元素を含有する合金鋼は窒化しても硬化しないが、Ａｌ,Ｃｒ，Ｍｏ，Ｔｉ，Ｖなどの金属元素を含有する合金鋼は安定な硬い窒化物を作って硬化する。すなわち、Ｎと化合して高い硬さの窒化物を生成する金属元素の合金鋼は顕著な硬さの増大が認められる。
【００４３】
言い換えると窒化法は組織の変化によって硬化するものではなく、硬さの高い窒化物を作ることによって著しく硬化する現象であるため、窒化処理後も焼入れなどと異なって急冷する必要はない。
【００４４】
ここで、「化合物層（白層）」とは、窒素の拡散層よりも表面寄りに形成される窒化物・炭化物・炭窒化などを主体とする層のことをいい、非常に硬くて脆い特徴がある。
【００４５】
そして、本発明のＳＰ処理は、図１に示す如く、基本的に、化合物層（白層）を除去する第一ＳＰ処理と、該第一ＳＰ処理後の第一ＳＰ処理面に圧縮残留応力を付与する第二ＳＰ処理と、を含み、第一ＳＰ処理による化合物層除去の有無の非破壊検査による合否判定を経て、合格品のみを前記第二ＳＰ処理を行うものである。
【００４６】
ここで、「第一ＳＰ処理」とは、窒化処理を行ったときに生成される表面の化合物層（白層）を切削除去することを目的として、アランダム・カーボランダムといった硬質・尖った形状の投射材（グリッド、カットワイヤー）や高硬度の球状投射材（ショット）を用いて行う処理のことである。
【００４７】
第一ＳＰ処理で表面の化合物層を除去する際、化合物層の下部に位置する拡散層まで除去を行なわない様に投射材の硬さや粒子径、及び、投射速度を選定する必要がある。例えば、投射材の硬さは、ビッカース硬さ（JISZ2244）ＨＶ1200〜3000（望ましくはＨＶ1700〜3000）、粒度番号（JISR6001）20〜220（望ましくは30〜100）の範囲から適宜選定する。また、投射速度は、例えば、空気式加速装置を用いて上記投射材を投射する場合、投射エア圧として0.05〜１ＭＰａ（望ましくは0.1〜0.5ＭＰａ）の範囲から適宜選定する。
【００４８】
「第二ＳＰ処理」とは、圧縮残留応力の付与を目的としたショットピーニング処理のことである。第二ＳＰに使用するショットは、汎用のピーニング用のショット、例えば、硬さＨＶ500〜1200（望ましくはＨＶ900〜1200）で、粒子径は0.02〜１ｍｍ（望ましくは0.05〜0.2ｍｍ）の範囲から適宜選定する。また、投射速度は、例えば、空気式加速装置を用いて上記ショットを投射する場合、投射エア圧として、0.05〜１ＭＰａ（望ましくは0.1〜0.5ＭＰａ）の範囲から適宜選定する。
【００４９】
なお、第一ＳＰ処理および第二ＳＰ処理に使用するＳＰ装置としては、特に限定されない。例えば、図２（Ａ）・（Ｂ）に示す空気式加速装置（吸込式（重力式）・直圧式（加圧式））や、図示しないが高速回転する羽根車に投射材を供給して投射する遠心式加速装置等を使用できる。
【００５０】
「渦電流」とは、コイルから交流磁束を材料に照射することによって生じる渦状の電流をいう（図３（Ａ））。この渦電流は、コイルからの磁束を打ち消すような磁束を放出しており（図３（Ｂ））、材料に不連続部（キズや割れや歪など）の異常状態があると、正常状態とは異なってそこを迂回して流れる（図３（Ｃ））。そこで、化学成分や結晶構造等が正常品と比較して、異なる変化があった場合、出力は波形が異なる（図４）。そこで、この出力の変化を読み取ることにより、判定対象が所望の処理がされているか判定できるのである。（偕成エンジニア（株）ホームページ「ＭＤＫセンサ測定原理」から引用）
表１は伝導率と透磁率に与える組織の影響因子の一覧である。
【００５１】
【表１】
2011040243.tif 000004
【００５２】
表１において、◎は、影響の度合いが大きいことを示す。○は、影響は与えることを示す。×は、影響を与えないことを示す。
【００５３】
従って、化学成分は、伝導率に大きな影響を与えていることが分かる。また、結晶構造、内部応力、残留オーステナイトは透磁率に大きな影響を与えるのが分かる。即ち、渦電流検査装置において、伝導率、結晶構造、内部応力、残留オーステナイトの変化を、間接的に読み取ることができる。
【００５４】
したがって、渦電流センサにより、第一ＳＰ処理前の組織状態を複数点（例えば２0箇所）で計測し、第一ＳＰ処理後の組織状態を同様に複数点（例えば２0箇所）で計測した場合、有意差（化合物層除去の有無）を判定できる。
【００５５】
即ち、被加工品における未処理品又は処理済み品の非処理部位の、複数点における交流の磁束から発生する電流における振幅差（電圧）と位相差（時間）との双方を測定して、渦電流センサに計算回路を介して接続されたディスプレイに、確率変数（ベクトル）Ｘがμ−ｎσ＜Ｘ＜μ＋ｎσ（但し、μ：平均値、σ：標準偏差、ｎ:2.5〜〜3.5）に対応する前記位相差および振幅差の範囲を判定円として表示させ、該判定円の外側に、処理済み部位の対応する複数点の全てがプロッティングされる場合を合格品として判定することにより、化合物層除去の有無を容易に判定できる（図５参照）。
【００５６】
即ち、判定円の外側に複数箇所の測定点の全てが表示されれば、化合物層とは異質の組織状態（化合物層が完全に除去されている）と結論付けることができる。各判定円内に化合物層が含まれる期待値（Ｐ：区間確率）は、ｎ＝2.5、３、3.5に対して、それぞれ、下記の如くになる。
【００５７】
Ｐ（μ−2.5σ＜Ｘ＜μ＋2.5σ）＝0.9879、
Ｐ（μ−３σ＜Ｘ＜μ＋３σ）＝0.9973、
Ｐ（μ−3.5σ＜Ｘ＜μ＋3.5σ）＝0.9996
従って、誤判定を避けるためには、３σの判定円が妥当であるが、ｎ＝2.5〜3.5から適宜選択した確率変数（Ｘ）の範囲で表示される判定円を使用することもできる。
【００５８】
＜ショットピーニングシステム＞
図６〜７に、鋼材製品のＳＰ処理システムの一例を示す。第一搬送装置１０により被加工物（ワーク）Ｗを第一ＳＰ装置５０の第一ＳＰ処理室５１内に搬送して、被加工物Ｗに対して投射ノズル５２から投射材を噴射して第一ＳＰ処理を施す。
【００５９】
第一ＳＰ処理を施した被加工物Ｗは、第一搬送装置１０によって第一ＳＰ装置５０から合否判定装置７０へ搬送して、被加工物Ｗの表面の化合物層が適正に除去されたか否かを判定する。
【００６０】
合否判定装置７０は、プローブ（測定子）７１と解析装置７２を備えている。プローブ７１を介し被加工物Ｗの表面状態を測定し、表面の化合物層が適正に除去されていると判定された被加工物Ｗは第二搬送装置２０によって第二ＳＰ装置６０の第二ＳＰ装置６１内へ搬送して、被加工物Ｗに対して投射ノズル６２から投射材を噴射して第二ＳＰ処理を施す。該第二ＳＰ処理の完了後、第二搬送装置２０によって第二ＳＰ装置６０から所定位置へ搬送集積する。こうして、一連のショットピーニング処理が完了する。
【００６１】
一方、合否判定装置７０により、被加工物Ｗ表面の化合物層が適正に除去されていない「不合格品」と判定された被加工物Ｗは、合否振り分け制御装置７３からの信号により合否振り分け装置３０によって不合格品搬送装置４０に振り分けて、不合格品搬送装置４０によって再び第一ＳＰ装置５０に搬送して、第一ＳＰ処理を施す。再び、第一ＳＰ処理を施した被加工物Ｗは、前述と同様合否判定装置７０により判定を経て、合格品であれば第二ＳＰ処理を施して、一連のショットピーニング処理が完了する。
【００６２】
なお、各投射ノズル５２、６２には、投射動力源となる圧縮空気供給装置５３、６３が接続されているとともに、投射材ホッパ５４、６４が同ホッパ５４、６４から投射材を供給可能にするよう接続されている。さらに、使用済の投射材を再使用するため投射材を分級装置５５、６５を介して投射材ホッパ５４、６４へ循環させて部分循環使用が可能となるようされている。なお、図中、５６、６６は集塵機である。
【００６３】
なお、該ショットピーニングシステムは、図６〜７に限定されず、適宜変更が可能である。
【００６４】
例えば、合否判定装置７０で不合格品と判定された被加工物Ｗは、第一ＳＰ装置５０に直接搬送せず、一時、別の場所に集積しておいて、ある程度の数量が纏まった時点で、第一ＳＰ処理を施すこともできる。また、第一ＳＰ装置と第二ＳＰ装置とは兼ねることもできる。
【実施例】
【００６５】
次に、本発明を、実施例（化合物層が除去されたかどうかの検証試験）に基づいて、さらに詳細に説明する。【００６６】
試験片は、ガス窒化処理後（化合物層厚み：５μｍ）のＳＫＤ６１材（直径15ｍｍ×高さ20ｍｍ）を用いた。【００６７】
第一ＳＰ処理・第二ＳＰ処理の各条件は、表２に示すものとした。【００６８】
【表２】
2011040243.tif 000005
【００６９】
渦電流検査装置は、「マグナテストＤ  ＨＦ  プローブ」（日本フェルスター株式会社）を用いた。【００７０】
そして、第一ＳＰ処理において、実施例は投射量0.56ｋｇ／minで30ｓ処理を行い、比較例は同じ投射量で15ｓ処理を行った。【００７１】
そして、未処理品並びに比較例、実施例の各第一ＳＰ処理品について、上記渦電流装置を用いて、それぞれ２０箇所（測定ピッチ５〜10ｍｍ）における組織の変化を渦電流によって読み取り、その結果を位相差（時間）と電圧を示す２次元座標上に表示するとともに標準偏差（σ）を求めて、図５に例示するような確率変数Ｘがμ−３σ＜Ｘ＜μ＋３σの範囲に対応する判定円を表示させた。【００７２】
したがって、本検証実験により、化合物層が除去されているかどうかを効率よく判別できることがわかった。【００７３】
窒化化合物層の有無及びショットピーニングが熱応力疲労亀裂発生に対して与える影響については、ヒートチェック試験を行い確認した。【００７４】
ヒートチェック試験はアルミの溶湯と離型材による加熱・冷却を繰り返し受けるダイカスト金型の熱疲労を模擬するための試験であり、高周波コイルを使って短時間で加熱し、水冷するサイクルを所定の回数繰り返したときに、試験片に発生する亀裂を評価する試験である。図８に耐ヒートチェック性試験の概念図を示し、図９にそのヒートパターンを示す。【００７５】
１）窒化のまま（５〜10μｍの化合物層あり）、２）第一ＳＰ（化合物層除去不完全：前記比較例（段落[００７０]参照））＋第二ＳＰ、３）第一ＳＰ（前記実施例）＋第二ＳＰ、の各試験片を用意し、１万回熱疲労を与えた後に発生する亀裂数を調査した。亀裂数が多いほうが、熱疲労特性が悪いといえる。その結果を図１０に示す。【００７６】
図１０より、窒化したままの状態での耐ヒートチェック性試験後の亀裂数は3490本であるのに対し、ショットピーニングを施すことにより、亀裂が減少することが確認できる。特に、化合物層を完全に除去した後ショットピーニングしたほうがより効果が高いことがわかる。【００７７】
次に、μ−2.5σ＜Ｘ＜μ＋2.5σの範囲に対応する判定円を用いた場合について、検証した。その結果は、図５に示す如く、未処理部位が処理部位として判定されることはなかった。このことから、金型に限らず、歯車やばね等の鋼材製品に適用する際には、使用時の要求強度や要求精度等を考慮して、確率変数Ｘがμ−ｎσ＜Ｘ＜μ＋ｎσの範囲で示される判定円において、ｎ＝2.5〜3.5からｎの数値を適宜選定することが可能なことが分かる。【００７８】
この出願は、日本国で２００９年９月３０日に出願された特願２００９−２２７９３５号に基づいており、その内容は本出願の内容として、その一部を形成する。
また、本発明は本明細書の詳細な説明により更に完全に理解できるであろう。しかしながら、詳細な説明および特定の実施例は、本発明の望ましい実施の形態であり、説明の目的のためにのみ記載されているものである。この詳細な説明から、種々の変更、改変が、当業者にとって明らかだからである。
出願人は、記載された実施の形態のいずれをも公衆に献上する意図はなく、開示された改変、代替案のうち、特許請求の範囲内に文言上含まれないかもしれないものも、均等論下での発明の一部とする。
本明細書あるいは請求の範囲の記載において、名詞及び同様な指示語の使用は、特に指示されない限り、または文脈によって明瞭に否定されない限り、単数および複数の両方を含むものと解釈すべきである。本明細書中で提供されたいずれの例示または例示的な用語（例えば、「等」）の使用も、単に本発明を説明し易くするという意図であるに過ぎず、特に請求の範囲に記載しない限り本発明の範囲に制限を加えるものではない。
【図１】
2011040243.tif 000006
【図２】
2011040243.tif 000007
【図３】
2011040243.tif 000008
【図４】
2011040243.tif 000009
【図５】
2011040243.tif 000010
【図６】
2011040243.tif 000011
【図７】
2011040243.tif 000012
【図８】
2011040243.tif 000013
【図９】
2011040243.tif 000014
【図１０】
2011040243.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成23年3月9日(2011.3.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱硬化処理後の鋼材製品である被加工品にショットピーニング（以下「ＳＰ」と略す。）処理を行う方法であって、
前記熱硬化処理により生じた化合物層を除去する第一ＳＰ処理と、
該第一ＳＰ処理後の第一ＳＰ処理面に圧縮残留応力を付与する第二ＳＰ処理と、を含み、
前記第一ＳＰ処理面の化合物層除去の有無について非破壊検査による合否判定を経て、合格品のみ前記第二ＳＰ処理を行うものであり、
前記合否判定は、被加工品における未処理品又は処理済み品の非処理部位の、複数点における交流電流の位相差（時間）および振幅差（電圧）の双方を測定して、渦電流センサからの測定信号を、計算回路を介して接続された表示回路に入力し、確率変数Ｘがμ−ｎσ＜Ｘ＜μ＋ｎσ（但し、μ：平均値、σ：標準偏差、ｎ:2.5〜〜3.5）の前記位相差および振幅差の範囲を、二次元座標に判定円として表示し、
該判定円の外側に、処理済み部位の対応する複数点における前記位相差・振幅差の測定点座標の全てがプロッティングされる場合を合格品として判定する、
ことを特徴とする鋼材製品のショットピーニング処理法。
【請求項２】
さらに、前記合否判定後の不合格品を第一ＳＰ処理に戻すことを特徴とする請求項１記載の鋼材製品のショットピーニング処理法。
【請求項３】
前記合否判定に使用する非破壊検査を、渦電流センサを用いて行なうことを特徴とする請求項１記載の鋼材製品のショットピーニング処理法。
【請求項４】
確率変数Ｘがμ−３σ＜Ｘ＜μ＋３σの前記位相差および振幅差の範囲を前記判定円としたことを特徴とする請求項１記載の鋼材製品のショットピーニング処理法。
【請求項５】
前記熱硬化処理後の鋼材製品が、Ａｌ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｔｉ及びＶのいずれか１種以上を含有する鋼材製品の窒化処理品であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の鋼材製品のショットピーニング処理法。
【請求項６】
前記鋼材製品が、軽合金ダイカスト用の金型であることを特徴とする請求項５記載の鋼材製品のショットピーニング処理法。
【請求項７】
熱硬化処理後の鋼材製品である被加工品にショットピーニング（以下「ＳＰ」と略す。）処理を行う方法に使用するショットピーニングシステムであって、
前記熱硬化処理により生じた化合物層を除去する第一ＳＰ処理に使用する第一ＳＰ装置と、
前記第一ＳＰ処理後の第一ＳＰ処理面に圧縮残留応力を付与する第二ＳＰ処理に使用する第二ＳＰ装置と、
前記第一ＳＰ処理面の化合物層除去の有無について合否判定をする判定装置と、を含み、
前記判定装置は、被加工品における未処理品又は処理済み品の非処理部位の、複数点における交流電流の位相差（時間）および振幅差（電圧）の双方を測定して、渦電流センサからの測定信号を、計算回路を介して接続された表示回路に入力し、確率変数Ｘがμ−ｎσ＜Ｘ＜μ＋ｎσ（但し、μ：平均値、σ：標準偏差、ｎ:2.5〜〜3.5）の前記位相差および振幅差の範囲を、二次元座標に判定円として表示し、
該判定円の外側に、処理済み部位の対応する複数点における前記位相差・振幅差の測定点座標の全てがプロッティングされる場合を合格品として判定し、
前記判定装置における判定が合格の場合、被加工品を第二ＳＰ装置に搬送する搬送装置と、判定が不合格の場合、被加工品を第一ＳＰ装置に搬送する不合格品搬送装置と、が付設されている、
ことを特徴とする鋼材製品のショットピーニング処理システム。
【国際調査報告】
2011040243.tif 000016
2011040243.tif 000017
2011040243.tif 000018
2011040243.tif 000019